一种爬坡事件检测装置的制作方法

本实用新型涉及短期风电功率技术领域，尤其涉及一种爬坡事件检测装置。

背景技术：

随着传统的化石能源的日益枯竭，全球能源问题也逐渐凸显。风能作为一种可再生能源，得到了世界各国的关注，风电已大规模并入电力系统。然而风力发电技术与传统火力发电相比，其随机性、波动性的特点给风电并网发电带来挑战。其中，一个重大挑战就是应对风电爬坡现象，即风功率在较短的时间内发生大幅度变化。风电爬坡事件所造成的危害是巨大的，它严重威胁了电力系统的安全运行，甚至会造成大面积停电的严重事故以及电力系统崩溃，该事件所造成的经济损失是不可估量的。

此外，风功率爬坡事件的发生与极端气象因素有着密不可分的关联，国外相关学者也指出，极端天气下风电场中风速、风向、温度、气压等气象要素的突变是诱发爬坡事件的重要因素。我国华北、东北大部分地区处于温带季风气候，华中、华南地区处于亚热带季风气候，这些地区风资源也相对丰富，我国在这些地区的装机容量也大，但也是爬坡事件易发生区域。

因此，有效地考虑这些气象数据，并找出气象变化数据与爬坡事件之间的关联，将有助于风电爬坡事件预测的研究。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提出一种爬坡事件检测装置。由于目前国内外对于风电爬坡事件的研究仍处于起步阶段，且集中于讨论爬坡事件的定义与识别预测方法上。为了减弱甚至消除这种小概率事件给电网所带来的不利影响，本实用新型在现有的风功率爬坡事件的检测基础之上增加考虑天气系统的演变，解决当前风功率爬坡事件检测的不足，实现对爬坡事件的精确检测，提高爬坡事件预测的准确性。

技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种爬坡事件检测装置，包括主采集装置、气象数据采集器、爬坡检测装置以及预警装置。主采集装置通过CAN总线与气象数据采集器相连，通过CAN总线与爬坡检测装置相连，爬坡检测装置通过CAN总线与预警装置相连。

进一步，所述的主采集装置包括主控制器、多种气象数据传感器、电源模块、GPRS模块、主采集LCD显示器、GPS模块以及报错模块。多种气象数据传感器包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器。所述的多气象数据传感器输出端与主控制器的IO口相连，为实现数据的可视性，主控制器通过HDMI端口与主采集LCD显示模块相连，为实现远程通讯，主采集装置选用GPRS模块与远程数据平台进行通讯，GPS模块和GPRS模块均采用RS232串行与主控制器相连；

进一步，主控制器采用AT91RM9200-QU芯片处理器；

进一步，主采集装置采用RJ45接口与局域网相连；

进一步，电源模块与主控制器相连，为其提供所需的工作电源；

进一步，所述的风速传感器选用NRG#40H型号风速传感器，风向传感器选用NRG#200型号风向传感器，温度传感器选用NRG#110S型号温度传感器，气压传感器选用NRG#BP20型号气压传感器，湿度传感器选用NRG#RH-5型号湿度传感器,所述的GPS模块选用北斗EG12-BZ芯片,所述的GPRS模块选用RDA8851型GPRS芯片；

进一步，传统的有线网络远程监控需要铺设大量的网络，投入较大并存在一定的局限性，为了加强远距离通信，本实用新型加入了GPRS无线网络通讯模块，其提高了所需传输数据速率，提高了远距离通讯的能力，同时还确保风电场能够实现可靠性、实时性传输；

进一步，GPS定位模块可将所采集风电场位置信息传输到主采集装置，多种气象数据传感器采集的数据传输到主采集装置；

进一步，所传输的风电场地理位置信息、采集到的气象数据均在主采集LCD显示模块显示；

进一步，传输数据传输错误或者网络异常时，主采集装置中的报错模块将启动，并进行报错，提示操作员出错信息；

进一步，主采集装置所采集的数据信息，即风电场采集的电压信号，传输至爬坡检测装置，将主采集装置的输出作为爬坡检测装置的输入进行爬坡检测。所述的爬坡检测装置包括爬坡检测电路，上爬坡检测器和下爬坡检测器；上爬坡检测器、下爬坡检测器采用数字芯片检测器，选用的型号为AT91RM9200芯片处理器；所述的上爬坡检测器与爬坡检测电路的Vout1输出端相连，所述的下爬坡检测器与爬坡检测电路的Vout2输出端相连；上爬坡检测器，下爬坡检测器将检测的爬坡信息传输至预警装置中；

进一步，在预警部分结合中尺度天气预报模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model)中FNL(Final Operational Global Analysis)再分析资料以及风功率曲线对爬坡检测装置进行爬坡事件分析，根据FNL再分析资料提供的不同时段的地面气压数据绘制出相应的位势图，通过该位势图分析出可能存在的天气系统，并结合风功率曲线，进而观测出是否发生爬坡事件，从而提高爬坡事件检测的准确性；

进一步，预警装置获取爬坡检测装置中所提供的爬坡事件信息，所述的爬坡事件具有五个表征量：持续时间、爬坡量、爬坡率、爬坡方向以及起止时间，预警装置将相应的爬坡事件信息传输到预警装置的LCD显示器；

进一步，预警装置会对相应的爬坡事件进行等级划分，并显示在预警LCD显示装置中，以便技术员做出相应有限度的控制；

进一步，考虑装置后期的扩展，主采集装置还预留RS485和RS232接口。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：

本实用新型所述的一种爬坡事件检测装置，涉及了当前风电领域的热点话题，即针对风功率爬坡事件的预测。在现有的爬坡事件预测基础之上，考虑了天气系统所产生的影响；加入了GPRS无线网络通讯模块，提高了传输数据速率，提高了远距离通讯的能力；同时还确保风电场能够实现可靠性、实时性传输；此外，本实用新型所提供的装置便于技术员对爬坡信息进行深层次分析，保证了对风功率爬坡事件预测评估的准确性。

附图说明

图1是本实用新型爬坡事件检测装置示意图；

图2是本实用新型爬坡事件检测与预测流程图；

图3是本实用新型爬坡事件检测的风功率曲线示意图；

图4是本实用新型爬坡检测电路图；

图5是本实用新型爬坡事件预警装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型所述的一种爬坡事件检测装置，包括主采集装置、气象数据采集器、爬坡检测装置以及预警装置；

主采集装置包括主控制器、多种气象数据传感器、电源模块、GPRS模块，主采集LCD显示模块、GPS模块以及报错模块。其中，多种气象数据传感器包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器、湿度传感器；所述的多种气象数据传感器输出端与主采集装置相连，为实现数据的可视性，主采集装置还装有主采集LCD显示模块，为实现远程通讯，主采集装置选用GPRS模块与远程数据平台进行通讯，GPS模块的输出端与控制器相连；为了加强远距离通信，本实用新型加入了GPRS无线网络通讯模块，其提高了所需传输数据速率，提高了远距离通讯的能力，同时还确保风电场能够实现可靠性、实时性传输；GPS定位模块可将所采集风电场位置信息传输到主采集装置，多种气象数据传感器采集的数据传输到主采集装置；所传输的风电场地理位置信息、采集到的气象数据在主采集LCD显示模块显示；一旦出现传输数据传输错误或者网络异常时，主采集装置中的报错模块将启动，并进行报错提示操作员出错信息；

采集无误后的数据传输至爬坡检测装置，该部分包含爬坡检测电路，上爬坡检测器和下爬坡检测器。具体检测及预测环节参照图2所示，具体爬坡事件定义选用公式|P(T+△T)-P(T)|>Pthreshold，其中，△T指的是时间间隔，选取为15分钟，P(T)指的是T时刻的风电功率，P(T+△T)是指(T+△T)时刻的风电功率，Pthreshold指的是阈值；当P(T+△T)>P(T)时，Pthreshold选取为20％PN，如果P(T+△T)与P(T)差值超过Pthreshold，此时为上爬坡；当P(T+△T)<P(T)时，Pthreshold选取为15％PN，如果P(T)与P(T+△T)差值超过Pthreshold，此时为下爬坡；PN为额定装机容量。

根据爬坡事件的定义进行爬坡事件检测，并利用WRF中FNL再分析资料以及风功率曲线对爬坡检测装置进行爬坡事件分析。其中，具体的天气系统统计是根据FNL再分析资料提供的不同时段的地面气压数据所绘制出的相应的位势图分析出可能存在的天气系统；此外，分析环节中还需进行相应的时间分布特征统计、风况特征统计以及对所发生的上爬坡和下爬坡进行个数统计；进而，为下一步的爬坡事件有效控制提供更多有益信息。

本实用新型的爬坡检测装置电路如图4所示，爬坡检测电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻R0、电阻R1、电阻R2、正向二极管VD1、反向二极管VD2、输入端Vin、规定电压VH、规定电压VL、输出端Vout1、输出端Vout2、电容C0、电容C1、电容C2；其中，主采集装置的输出作为爬坡检测电路的输入Vin，规定电压VH为正常输出下Vin的150％，规定电压VL为正常输出下Vin的50％；所述输入端Vin与电阻R0相连；所述电容C0一端与电阻R0相连，另一端接地；所述电容C1一端与电阻R1相连，另一端接地；所述运算放大器U1正极与电阻R1相连，负极与电压VH相连，输出端与正向二极管VD1相连；所述正向二极管VD1与输出端Vout1相连；所述电容C2一端与电阻R2相连，另一端接地；所述运算放大器U2负极与电阻R2相连，正极与电压VL相连，输出端与反向二极管VD2相连；所述反向二极管VD2与输出端Vout2相连；所述输出端Vout1与上爬坡检测器相连，输出端Vout2与下爬坡检测器相连；工作模式如下：

当高电平信号Vin电位高于规定电压VH，此时相当于比较电路正饱和输出；低电平信号Vin电位低于规定电压VL，此时相当于比较短路负饱和输出；即采用两个运算放大器U1、U2，经过数模转换后的输入信号Vin分别流经运算放大器U1、U2,并与规定电压VH、VL分别比较，Vout1＝Vin-VH并将信号经过模数转换传输至上爬坡检测器中，采用正向二极管VD1避免Vout1输出负值，Vout2＝VL-Vin并将信号经过模数转换传输至下爬坡检测器中，采用反向二极管VD2避免Vout2输出正值；

本实用新型的预警装置如图5所示，其中，预警装置的控制芯片采用AT91RM9200处理器，爬坡检测装置得到的爬坡信息通过CAN总线传输到预警装置的控制芯片中，预警装置将所述的爬坡事件信息存储在ROM中；如果发生爬坡事件，控制芯片将启动报警器，并将相应的爬坡事件信息传输到预警LCD显示器中；

预警装置中的电源是由AC220V/DC3.3V电源转换模块和可充电电池组组成，电源转换模块通过将AC220V转化成DC3.3V为控制芯片供电；为了保证在断电下还能持续工作，接入了可充电电池组，不仅可以给控制芯片供电，同时还能实现对可充电电池组进行充电；如果发生断电，则由可充电电池组对控制芯片供电，实现了不间断电源供电；

所预测的爬坡事件信息传输到预警装置中，根据爬坡事件变化的特点将爬坡事件分为缓慢爬坡、快速爬坡以及复杂爬坡型三种类型；检测到的爬坡事件风功率曲线如图3所示，通过风功率曲线可以看出是否发生爬坡事件以及爬坡事件的五个表征量；并将所获取的爬坡事件的爬坡量、爬坡持续时间、起止时间、爬坡方向以及爬坡类型显示在预警装置的LCD液晶屏幕上，以便技术人员根据显示信息对爬坡事件作出相应协调调度决策。

本实用新型的技术方案不局限于上述实施例，凡选用等同替换方式得到的技术方案均落在本实用新型要求保护的范围内。